高中物理选择性必修第三册第4章 1

第四章1A组·基础达标1．疫情期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是()A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强【答案】C【解析】根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，C正确．2．下列叙述错误的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【答案】B【解析】根据热辐射定义知A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误、C正确；根据黑体定义知D正确．3．关于热辐射，下列说法中正确的是()A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【答案】B【解析】一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．4.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是()A．微波是指波长在10－3m到0.1m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．能量的量子化只是假说，无实际意义【答案】C【解析】微波是一种电磁波，由电磁波可知，微波的波长在10－3～1m，A错误；电磁波的传播不需要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起的一切物体不断向外辐射的电磁波又叫热辐射，C正确；普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响，D错误．5．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()A．heq\f(c,λ) B．eq\f(h,λ)C．eq\f(c,hλ) D．以上均不正确【答案】A【解析】由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝eq\f(c,λ)，从而ε＝hν＝heq\f(c,λ)，故A正确．6．(多选)下列关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是()A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高【答案】BC【解析】由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，故B、C正确．7．(多选)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量．在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系，如图所示．图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下()A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的【答案】BD【解析】从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度升高，辐射的各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，故C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确．8．(多选)一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中传播的波长为λ，若其在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列说法正确的是()A．该激光在真空中的波长为nλB．该波的频率为eq\f(c,λ)C．该激光器在时间t内辐射的能量子数为eq\f(Ptnλ,hc)D．该激光器在时间t内辐射的能量子数为eq\f(Ptλ,hc)【答案】AC【解析】由n＝eq\f(c,v)知在介质中速度v＝eq\f(c,n)，在真空中波长λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正确；频率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B错误；在ts内辐射能量E＝Pt，每个能量子ε＝hν＝heq\f(c,λn)，故在ts内辐射的能量子数为eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正确，D错误．9．一盏灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为6.0×10－7m，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)()A．2×1015 B．2×1016C．2×1017 D．2×1023【答案】C【解析】设离灯10m远处每平方米面积上灯照射的能量为E0，则有E0＝eq\f(100,4πR2)；设穿过的光子数为n，则有nheq\f(c,λ)＝E0，解得n＝eq\f(E0λ,hc)，代入数据，得n＝2×1017个，故C正确．B组·能力提升10．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J，已知可见光的平均波长为0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为()A．1个 B．3个C．30个 D．300个【答案】B【解析】每个光子的能量为E0＝heq\f(c,λ)，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E为10－18J，由E＝nE0得能引起人眼的感觉时，进入人眼的光子数至少为n＝eq\f(E,E0)＝eq\f(Eλ,hc)＝eq\f(10－18×6×10－7,6.63×10－34×3×108)个≈3个．故选B．11．某广播电台天线的发射功率为10kW，发射的是在空气中波长为187.5m的电磁波，则：(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率．解：(1)每个能量子的能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,187.5)J≈1.06×10－27J，则每秒电台发射上述波长能量子数目N＝eq\f(Pt,ε)≈9.4×1030个．(2)设球状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而球状天线的有效接收面积S′＝πr2，故n＝Neq\f(S′,S)＝Neq\f(r2,4R2)＝9.4×1030×eq\f(12,4×2.5×1032)个＝3.76×1023个，接收功率P收＝eq\f(nε,t)＝3.76×1023×1.06×10－27W≈4×10－4W.课后篇素养形成必备知识基础练1.用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,当用频率为ν1的光照射时,遏止电压的大小为U1,当用频率为ν2的光照射时,遏止电压的大小为U2。已知电子电荷量的大小为e,则下列表示普朗克常量和该种金属的逸出功正确的是()A.h=e(U1-UC.W0=eU1ν1-eU答案D解析根据光电效应方程eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=e(U1-U2)ν1-ν2,W02.分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功正确的是()A.5ℎc3λ B.2ℎc3λ C答案B解析由光子的能量ε=ℎcλ和爱因斯坦光电效应方程有Ek1=ℎcλ-W0,Ek2=4ℎc3λ-W0,又Ek1∶Ek2=1∶2,化简即得逸出功W0=3.(多选)如图是某金属在光的照射下,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知()A.该金属的逸出功等于hνcB.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为ED.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小答案ACD解析根据Ek=hν-W0得,金属的截止频率等于νc,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,逸出功等于E,则E=W0=hνc,故A正确;根据Ek=hν-W0,可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系,故B错误;当入射光的频率为2νc时,根据Ek'=2hνc-W0,而E=W0=hνc,故Ek'=hνc=E,故C正确;根据Ek=hν-W0,可知相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小,故D正确。4.用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像,已知锌的逸出功是3.24eV,钨的逸出功是3.28eV,若将两者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示锌,虚线表示钨,则正确反映这一过程的是如图所示的()答案A解析根据光电效应方程有Ek=hν-W0,其中W0为金属的逸出功,则有W0=hνc。由此可知在Ek-ν图像中,斜率表示普朗克常量h,横轴截距大小表示该金属截止频率的大小。由题意可知,锌的逸出功小于钨的逸出功,因此由νc=W0ℎ可知,锌的截止频率小于钨的截止频率,且斜率相同,故A正确,B、C、5.(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W0,遏止电压为Uc,电子的电荷量为e。下列说法正确的是()A.甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcD.乙光的频率为W答案AD解析根据光的强度越强,则光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项A正确;由光电效应方程12mv2=hν-W0,12mv2=Uce,结合题图可知,甲、乙的遏止电压相同,故甲、乙的频率相同,选项B错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc,选项C错误;根据12mv2=hν-W0=eUc,可得ν=eU6.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能答案B解析由题图可知,丙光的饱和电流小于甲光和乙光的饱和电流,说明逸出的电子数目最少,即丙光的强度最小。由题图可知丙光对应的光电子的初动能最大,即丙光的频率最高(波长最小),B项正确,D项错误;甲光和乙光的频率相同,A项错误;由于是同一光电管,所以乙光、丙光对应的截止频率是一样的,C项错误。7.如图所示是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,两金属的逸出功分别为W甲、W乙,如果用频率为ν1的光照射两种金属,光电子的最大初动能分别为E甲、E乙,则下列关系正确的是()A.W甲>W乙 B.W甲<W乙C.E甲>E乙 D.E甲=E乙答案A解析根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,则eUc=hν-hνc,由Uc-ν图线可知,当Uc=0时,ν=νc,金属甲的截止频率大于金属乙的截止频率,则金属甲的逸出功大于乙的逸出功,即W甲>W乙,选项A正确,B错误;如果用频率为ν1的光照射两种金属,根据光电效应方程,逸出功越大,则其光电子的最大初动能越小,因此E甲<E乙,选项C、D错误。8.1916年,美国著名物理学家密立根,完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程,并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值,从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,作出如图乙所示的Uc-ν图像,电子电荷量e=1.6×10-19C,则下列说法正确的是()A.图甲中电极A连接电源的正极B.普朗克常量约为6.64×10-34J·sC.该金属的截止频率为5.0×1014HzD.该金属的逸出功约为6.61×10-19J答案C解析电子从K极出来,在电场力的作用下做减速运动,所以电场线的方向向右,所以A极接电源负极,故A错误;由爱因斯坦光电效应方程得:Ek=hν-W0,电子在电场中做减速运动,由动能定理可得:-eUc=0-Ek,解得Uc=ℎνe−W0e。由题图可知,金属的截止频率νc=5.0×1014Hz,图像的斜率k=ℎe,结合数据解得:h=6.61×10-34J·s,故B错误,C正确;金属的逸出功W0=hνc=6.61×10-34×5.0×1014J=3.31×10-关键能力提升练9.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应;换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应。此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()A.U=ℎνe−We C.U=2hν-W D.U=5答案B解析假设阴极K金属中的电子吸收的光子个数为n(n为整数且n>1),则光电子的最大初动能Ek=nhν-W,又因为Ek=eU,解得U=nℎνe−We,故B正确,A、10.(2020山东等级考模拟卷)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是()A.带正电,ν0+QeCℎB.带正电,ν0+QeC.带负电,ν0+QeCℎD.带负电,ν0+Qe答案C解析电子在电容器里面减速运动,所以受到向左的电场力的作用,所以场强方向向右,电容器右侧的极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek,则:hν-W0=Ek,hν0=W0,电子在电容器中减速运动,由动能定理得:-eU=0-Ek,电容器两极板间的电势差为:U=QC,根据以上各式,解得:ν=ν0+QeCℎ,故选项C正确,选项A、B、11.采用如图甲所示电路可研究光电效应规律,现分别用a、b两束单色光照射光电管,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。(1)照射阴极材料时,(选填“a光”或“b光”)使其逸出的光电子的最大初动能大。

(2)若a光的光子能量为5eV,图乙中Uc2=-3V,则光电管的阴极材料的逸出功为